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手把手教你用ChemDraw 畫化學結構式：基礎篇

來源：本站時間：2021-06-19 14:44:00 瀏覽：80828次

1 引言

從事生物材料和高分子材料研究的同學在日?？蒲谢顒又袝佑|到大量的有機分子，為了更加清楚、直接地表現化學成分和反應式，除了使用分子式和結構簡式之外，還需要繪制化學結構式，甚至于建立能夠反映立體結構的球棍結構式等。然而，大多數有機分子通常包含長肽鏈和復雜的有機官能團，為了更加快捷而準確地表示相關物質的組成與結構，就需要借助繪圖軟件和工具來達成。

2 軟件介紹

Chem系列軟件的開發公司為PerkinElmer，該公司開發了包括Chem Draw、Chem Window，Chem Sketch等在內的一系列軟件。

Chem Draw是一款專用于化學繪圖的工具，主要針對的是化學和生物學領域的專業化學繪圖需求，能夠快速有效地處理立體化學問題，包括：（1）能夠準確地處理有機分子、生物氨基酸和肽鏈以及各種高級形式的立體化學問題；（2）能夠預測數據屬性、生成光譜，可以有效地節約時間并提高數據的準確性；（3）具有數據庫和搜索功能，能夠繪制并直接搜索相關的化合物結構；（4）使用內置的生物模板可以創建插圖與流程圖，從而快捷、高效地進行科研交流。

在本篇章中，將圍繞Chem Draw軟件，介紹軟件的入門使用教程，包括如下內容：

（1）介紹軟件主界面，包括工具欄中的繪圖工具的主要內容和使用方法；

（2）以繪制化學反應式、化學反應中間體和透視結構為范例，介紹使用Chem Draw軟件的基本繪圖流程。

在Chem系列軟件中，Chem Draw和Chem Window為商業軟件，相關資料在http://www.camsoft.com/和http://www.sadtlersuite.com/上可查閱。Chem Sketch對教育及家用為免費軟件，可以http://www.acdlabs.com/上下載。

3 主界面介紹

以下將就Chem Draw7.0版本對軟件主界面作介紹。

圖形工具板是繪制化學圖形時進行主要操作的工具板，其中含有多項繪制工具，分別的名稱和主要工具的作用如圖2所示。

在上圖中標藍的工具圖標中，其右下角均含有小黑色三角符號，使用鼠標左鍵長按圖標時，相應的子工具圖標就顯示出來：

4 基本操作

（1）建立文件：在菜單欄的【文件】中選擇New document可建立一個新文件；

（2）打開文件：菜單欄中的【文件】——【打開】可打開相應的文件。Chem Draw可讀的文件類型如下圖所示：

（3）切換文件窗口：每次打開一個文件，都會添加一個文件窗口。同時打開多個文件時，僅顯示最后打開的文件?？梢钥s小文件窗口進行切換或按ctrl+Tab鍵變換窗口。

（4）儲存文件：在菜單欄中的【文件】一項中選擇【保存】或【另存為】，即可完成存儲；

（5）使用方程式樣式：由于軟件自帶的格式較為簡單，Chem Draw中提供了各大主流機構的格式樣式。在創建和打開文件后，可以通過【文件】——【打開樣式】一欄的展開欄中進行選擇。

5 實例演示

例一：繪制如圖所示的方程式

涉及操作：基本編輯工具的使用。

1、繪制2-丙酮分子

1.1、選擇單鍵工具

1.2、選擇單鍵工具后，鼠標光標將變成十字狀。在文件窗口中的合適位置（圖5：a位置）單擊鼠標，并拖動光標，使伸展的化學鍵與x軸成30°夾角，終止點標為b位置。所獲得的圖像如圖5中的1.2所示；

1.3、將光標放在b位置，此時b點出現藍色方塊。在此處單擊鼠標或拖動鼠標至c位置，即在第一個化學鍵右側出現一個與其完全對稱、二者之間成120°鍵角的化學鍵；

注：單擊鼠標時第二個化學鍵鍵角可能會不成120°，此時可采取快捷方式改變鍵角，方法如下：按下Shift鍵，使用鼠標拖動第二個化學鍵的c末端至所需要的位置，即可完成調整；

1.4、以b位置為起點，在垂直于x軸的方向以同樣的方法畫兩條化學鍵，結束位置均為d位置，即完成一條雙鍵的繪制，所獲圖形如1.4.2所示；

1.5、除了使用單鍵工具外，還可以使用雙鍵工具進行繪制，同樣點擊鼠標左鍵，從b位置牽拉至d位置，結果如圖中的1.5所示；

1.6、在結構骨架上添加化學標記：在d端點雙擊鼠標后出現1.6.1所示文字框，輸入相應的元素符號（O），即得到最終的2-丙酮分子（1.6.2）。

2、繪制4-羥基-4-甲基-2-戊酮

4-羥基-4-甲基-2-戊酮的繪制可以在2-丙酮的基礎上進行：

2.1、復制2-丙酮分子：選用工具欄中的框選工具，圈出2-丙酮分子。使用ctrl+C-ctrl+V可以復制分子，或直接按住ctrl鍵并拖動分子至合適的位置，即可完成復制，結果如2.1；

2.2、使用化學鍵工具和編輯文字工具完成剩余部分的繪制，獲得4-羥基-4-甲基-2-戊酮分子，即2.1.2。

3、繪制氫氧自由基

3.1、建立文本框并輸入相應的元素組成（OH），如圖7中的3.1所示；

3.2、添加電荷符號：常按工具欄中的“化學符號”，調出子工具板3.2.1。拖動光標移動至負電荷符號上，此時光標變為十字，在繪制面板上單擊鼠標左鍵時即可繪制負電荷符號，如圖3.2.2所示。

4、組合反應式

4.1、檢查結構圖形的正確性：在組合化學式前，需要使用check structure命令來檢查結構圖形的正確性。使用選擇工具框選所需檢查的所有分子，選取菜單欄【結構】——【check structure】即可運行對化學分子的檢查；

4.2、在反應式中加箭頭：調出工具板的箭頭工具中的子工具欄，選定所需要的箭頭工具，使用鼠標拖動添加箭頭；

4.3、組合符號：使用選擇工具，按下shift鍵，分別單擊箭頭、OH和負電荷符號，隨后在菜單欄中的【對象】中使用【組合】命令，即可把所選符號相互集中在一起；

4.4、使用方框把反應方程式框起來：調出工具欄中基元工具中的子工具欄，選中陰影框，并在繪圖頁面內把反應式框選起來。

5、存儲文件：

使用另存為可將文件保存為cdx模式（此格式的文件可再次使用Chem Draw打開并保存），或圖片模式（png、eps等）。

實例演示二、

繪制中間體結構

涉及操作：箭頭工具的使用。

如上圖所示的中間體，涉及曲線箭頭編輯工具的使用方法。

1、在工具欄中選擇環己烷工具，在編輯面板單擊鼠標，創建一個環己烷分子(1.1)；

2、去掉環的某一部分鍵：使用橡皮工具，在需要清除的化學鍵的中間位置單擊即可消去該化學鍵(2.1)；

3、在2.1的基礎上繪制物質結構式，結果如3.1所示；

4、改變雙鍵中單鍵的位置：鼠標定位在雙鍵中心位置，待光標變化為細箭頭后單擊，即可改變雙鍵中單鍵的位置，結果如4.1所示；

5、使用文本工具添加氧負離子和羥基標識，結果如5.1所示；

6、選擇筆工具，在菜單欄的【曲線】欄中選擇【結尾處箭頭】，隨后開始繪制曲線路徑；

7、繪制曲線路徑：使用鼠標左鍵拖拽至合適的位置，此時出現的虛線段代表曲線箭頭起始位置的切線路徑（圖9 7.1.1）。隨后在箭頭終止位置單擊，即可形成曲線路徑（7.1.2）。按Esc鍵退出筆工具，即完成曲線路徑的繪制（7.1.3）；

8、調整曲線路徑：在曲線路徑上單擊進入編輯狀態，拖動虛線段的起始和終止點即可對曲線形狀進行調整（8.1）；

9、使用同樣的方法添加另外兩條曲線段；

注：只有在完成當前曲線繪制，并按Esc退出后才能繼續繪制下一條曲線；

10、保存cdx文件并另存為圖形格式保存；

注：可以使用菜單欄【查看】中的【放大】對繪制圖形進行局部放大觀察；

例三、繪制透視圖形

涉及操作：化學圖形的旋轉、變形。

方法一：

1、使用環己烷工具、單鍵工具和文本編輯工具繪制圖10 1.1所示的分子；

注：在繪制a位朝下的化學鍵時，為了避免與b位朝上的化學鍵距離過近而報錯，繪制化學鍵時可以按下Alt鍵拖動鼠標，即可建立任意鍵長的化學鍵。

2、選中繪制的分子，按下Shift鍵，拖動選擇框的右下角對分子做變形處理，結果如2.1所示；

注：選擇框右上角為旋轉選項，右下角為變形選項。

3、使用文字工具進行編輯，結果如3.1所示；

4、使用工具板中的寬鍵工具，對分子中的1、2、3鍵進行加粗處理，如4.1所示

方法二：

1、使用模板庫中的專有模板，找到【Conformer】一欄中如2.1.1所示的分子，直接繪制；

2、使用橡皮、文字編輯工具在2.1.1的基礎上進行改造，最終得到2.2.1所示的分子。

注：Chem Draw的模板庫中包含大量的化學分子模板、DNA模板、化學儀器等模板，善加利用可以大幅提高作圖效率。

6 實用工具匯總

1、結構式正確性檢查工具：路徑：菜單欄【結構】——【Check Structure】；

功能：檢查所繪化學分子的正確性。如正確將直接通過；如有錯誤將在錯誤位置標紅?？墒褂檬髽擞益I查看錯誤原因。

2、化學信息工具：

路徑：使用框選工具選中所需要了解的化學分子后在菜單欄【查看】中選擇【信息窗口】，即會出現標示了化學分子部分物理化學信息的窗口；

功能：可運行軟件以預計該分子的化學信息。

3、改變頁面大?。?/span>

路徑：菜單欄【文件】——【頁面設置】——改變頁面大小和頁邊距等選項；

功能：擴展操作頁面，確保有足夠的空間作圖。

7 總結

以上即為Chem Draw的基本使用方法，以Chem Draw繪制的結構式為基礎，可以與Chem 3D聯用繪制三維立體分子。關于Chem Draw的更多使用技巧和詳細技法解析，以及繪制三維立體結構的方法，將在下一期【手把手教你用ChemDraw畫化學結構式：高級篇】中介紹。

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